CN104726790A - 低碳马氏体矿浆输送耐磨无缝管线钢制造无缝管线管的方法 - Google Patents
低碳马氏体矿浆输送耐磨无缝管线钢制造无缝管线管的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种低碳马氏体矿浆输送耐磨无缝管线钢制造无缝管线管的方法，包括以下步骤：炼钢，按重量配比制备低碳马氏体矿浆输送耐磨无缝管线钢；采用电炉或转炉+LF+VD进行冶炼，电炉或转炉出钢前要求P≤0.010％，然后进行LF+VD精炼，精炼后保证S≤0.005％、[N]≤0.0080％、[O]≤0.0020％，LF末期喂入适量Al线，然后喂入Fe-Ti线及Si-Ca线，VD真空处理前喂入B线或Fe-B线；连铸；轧制；加工热处理制得无缝管线管。本发明的效果是采用低碳含硼微合金钢种，钢管淬透性高，管体组织为马氏体组织，硬度为360～440HBW，耐磨性能好，焊接性能良好，低温冲击性能良好，适合采选尾矿运输和处理用。还可用于半流体输送,混凝土泵送系统、污泥垃圾运输等对无缝耐磨钢管的要求。
Description
技术领域
本发明属于冶金工业的无缝钢管制造技术，涉及一种适用于具有高强度和高韧性低碳马氏体矿浆输送耐磨无缝管线钢制造无缝管线管的方法。
背景技术
矿浆管道输送是将颗粒状的矿物质，如铁矿石、煤矿石等固体物料与液体输送介质混合，采用泵动力在管道内进行输送的一种输送方式。目前，输送矿浆的管道材质主要有三类：一类是美国的黑梅萨输煤管道工程、国内昆钢大红山铁矿矿浆管道用的API 5L标准的X系列钢级，如X52、X60、X65等，这些钢的特点为了满足石油天然气输送安全而设计的，均采用极低的碳含量，其金相组织为铁素体+珠光体，焊接性能优良，其缺点是硬度低，因此耐磨性能差，管壁磨损率高，造成管道使用寿命大大降低。第二类是采用离心铸造的中高碳稀土合金铸钢管，如ZG40CrNiMoMnSiRe耐磨铸钢管等，其优点是硬度较高，耐磨性能较好，缺点是碳含量及合金含量高，焊接性能差。第三类是内衬耐磨陶瓷管道，该种管道耐磨性高，但制造成本高，焊接较困难，制造大直径管困难。鉴于此，急于研究开发一种不仅具有较高强度及硬度，而且还具有一定韧性和良好的焊接性的低碳马氏体矿浆输送用耐磨管线钢，以适应尾矿矿浆输送及其他耐磨行业的需要。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种低碳马氏体矿浆输送耐磨无缝管线钢制造无缝管线管的方法，满足矿浆输送等领域的需要，解决尾矿矿浆输送等需要的具有高强高硬度及良好焊接性能的无缝钢管。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种低碳马氏体矿浆输送耐磨无缝管线钢制造无缝管线管的方法，该方法包括以下步骤：
①炼钢
按以下重量配比制备低碳马氏体矿浆输送耐磨无缝管线钢：C:0.14～0.32％，Si：0.20～0.70％，Mn：0.40～1.60％，P≤0.015％，S≤0.010％，Mo：0.05～0.60％，Cr：0.20～1.40％，Ni：0.05～0.50％，Cu：0.05～0.50％，Al：0.015～0.050％，Ti：0.010～0.030％，B：0.0005～0.0030％，Ca：0.0003～0.01％，O≤0.0020％，N≤0.0080％，其余为铁，杂质元素微量；
采用电炉或转炉+LF+VD进行冶炼，电炉或转炉出钢前要求P≤0.010％，然后进行LF+VD精炼，精炼后保证S≤0.005％、[N]≤0.0080％、[O]≤0.0020％，LF末期喂入适量Al线，然后喂入Fe-Ti线及Si-Ca线，VD真空处理前喂入B线或Fe-B线；
②连铸
连铸时控制中间包内钢水过热度在30℃以下连铸圆坯，连铸圆坯采用钢包长水口氩封保护，中间包密封浇注，结晶器侵入式水口加保护渣浇注的全保护浇注和低过热度浇注，以减少钢液吸气及钢水的二次氧化，保证钢中B含量的稳定；
③轧制
连铸圆坯进行检验并根据不同钢管规格要求切割成定尺坯，检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1240～1280℃，穿孔温度控制为1200～1240℃，终轧温度850～950℃，然后冷床冷却，锯切无缝管线管钢管坯；
④加工热处理
对轧制的无缝管线管钢管坯采用内喷外淋或浸淬加轴向内喷工艺淬火，淬火后再回火的热处理工艺，淬火温度为910℃，淬火介质为水，回火温度200℃，采用空冷，制得无缝管线管；
所述无缝管线管的力学性能达到的指标如下：
屈服强度：≥800MPa
抗拉强度：≥1000MPa
屈强比：≤0.90
夏比V型冲击韧性：-40℃纵向全尺寸夏比冲击功≥20J
延伸率：≥10％
硬度：360～440HBW。
本发明的效果是使用该工艺方法具体表现在：1)采用低碳含B微合金钢种，钢管淬透性高，管体组织为马氏体组织，硬度为360～440HBW，耐磨性能好；2)钢种碳当量低(Ceq≤0.52，Pcm≤0.33)，所以焊接性能良好，低温冲击性能良好(-40℃AKv≥24J)，适合壁厚32mm以下的其他寒冷天气对耐磨管线钢的要求；3)炼钢、连铸、穿孔和轧制工艺制定的合理，保证了钢管的制造质量；4)采用内喷外淋式或浸淬加内轴向喷射式淬火方式，冷却速度达到40℃/秒以上，大大提高钢的淬透性。适合采选尾矿运输和处理用。还可用于半流体输送,混凝土泵送系统、污泥垃圾运输等对无缝耐磨钢管的要求。
附图说明
图1为本发明的实施例1钢种金相组织(M)；
图2为本发明的实施例2金相组织(M+少量B)。
具体实施方式
结合实施例对本发明的低碳马氏体矿浆输送耐磨无缝管线钢制造无缝管线管的方法加以说明。
本发明的低碳马氏体耐磨无缝管线钢，低碳马氏体矿浆输送耐磨无缝管线钢，该钢种的组成元素的重量配比为：C：0.14～0.32％，Si：0.20～0.70％，Mn：0.40～1.60％，P≤0.015％，S≤0.010％，Mo：0.05～0.60％，Cr：0.20～1.40％，Ni：0.05～0.50％，Cu：0.05～0.50％，Al：0.015～0.050％，Ti：0.010～0.030％，B：0.0005～0.0030％，Ca：0.0003～0.01，O≤0.0020％，N≤0.0080％，其余为铁，杂质元素微量。
各化学元素在本发明中机理及作用如下：
C：C元素是钢的主要强化元素，但含量过高，则恶化焊接性能和冲击韧性，钢的硬度不足，耐磨性能不佳。较好的焊接性能是输送管线所必需具备的性能，碳低则相应的焊接性能良好。综合考虑各方面的因素，碳含量控制在0.14～0.32％之间，360～440HBW硬度较佳的范围为0.14～0.24之间。
Mn：Mn在钢中主要以固溶强化作用来提高钢的强度，随着Mn/C比的提高，钢的韧性提高。更重要的是Mn是一个重高的钢的淬透性元素。但由于Mn在连铸过程中易于在铸坯中心产生偏析，因此Mn含量不大于1.65％,本设计的马氏体锰含量确定为0.40～1.60％，较佳范围为1.20～1.35％。
Si：Si主要以固溶强化形式提高钢的强度，当含量大于0.8％时恶化钢的韧性。本钢种其含量为0.20～0.70％，较佳含量为0.20～0.35％。
B：B是中的重要元素，其作用是提高钢的淬透性，从而节约其他贵重合金元素。但当其含量超过0.0050％后，严重恶化钢的韧性，为此设计含量为0.0005～0.005％，较佳的含量范围为0.0005～0.0025％。
Al和Ti：Al和Ti的化学活性很强，易与钢中的N、O形成化合物。为了降低钢中固溶N与B生成BN，采用Al和Ti处理固定钢中的N。本钢种中的Ti含量控制在0.010～0.030％，Al含量控制在0.015～0.050％。
Mo：Mo是在钢中扩大奥氏体相区，推迟奥氏体向铁素体相变时析出铁素体形成，对控制相变组织起到重要作用，因此是钢的一种重要的淬透性元素，其次，Mo能够减轻回火脆性。为此本钢种Mo的含量为0.05～0.60％，较佳含量为0.15～0.25％。
Cr：Cr是一种重要的钢的淬透性元素。此外，钢中添加Cr可以提高钢的耐蚀性能。为此本钢种Cr含量为0.20～1.40％，较佳范围为0.20～0.70％。
Cu和Ni：Ni：0.05～0.50％，Cu：0.05～0.50％，由于矿浆输送管线的使用环境，加入铜可以提高合金钢的耐腐蚀性和淬透性，加入Ni不但避免了由于铜的偏聚引起的热脆现象，而且提高了淬透性和低温韧性。
Ca：Ca元素球化硫化锰、氧化铝夹杂，提高钢管的韧性及抑制连铸水口氧化铝堵塞。为此在本钢种中Ca加入量为0.0003～0.01％，较佳范围为0.0005～0.003％。
此外，为了提高钢的抗腐蚀性能和低温韧性，控制S≤0.010％，P≤0.015％。为了提高B的有效作用，加入B之前控制钢水中氮小于80ppm，氧小于20ppm。成品氢小于2ppm，
利用上述低碳马氏体耐磨无缝管线钢制造无缝管线管的方法，其步骤包括有：
①配料冶炼、连铸
按上述钢种组成元素重量成分为：C：0.14～0.32％，Si：0.20～0.70％，Mn：0.40～1.60％，P≤0.015％，S≤0.010％，Mo：0.05～0.60％，Cr：0.20～1.40％，Ni：0.05～0.50％，Cu：0.05～0.50％，Al：0.015～0.050％，Ti：0.010～0.030％，B：0.0005～0.0030％，Ca：0.0003～0.01％，O≤0.0020％，N≤0.0080％，其余为铁，杂质元素微量。
采用电炉或转炉+LF+VD进行冶炼。电炉或转炉出钢前要求P≤0.010％。然后进行LF+VD精炼。精炼后保证S≤0.005％、[N]≤0.0080％、[O]≤0.0020％。LF末期喂入适量Al线，然后喂入Fe-Ti线及Si-Ca线。VD真空处理前喂入B线或Fe-B线。
连铸时控制中间包内钢水过热度在30℃以下。连铸圆坯采用钢包长水口氩封保护，中间包密封浇注，结晶器侵入式水口加保护渣浇注的全保护浇注和低过热度浇注，有利于减少钢液吸气，减轻钢水的二次氧化，保证钢中B含量的稳定。
②轧制
连铸圆坯进行检验并根据不同钢管规格要求切割成定尺坯。检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1240～1280℃，穿孔温度控制为1200～1240℃，终轧温度850～950℃，然后冷床冷却，锯切。
③加工热处理
采用内喷外淋或浸淬加轴向内喷射工艺淬火，淬火后再回火的热处理工艺，淬火温度为910℃，淬火介质为水，回火温度200℃，采用空冷。
所述无缝管线管的力学性能达到的指标如下：
屈服强度：≥800MPa
抗拉强度：≥1000MPa
屈强比：≤0.90
夏比V型冲击韧性：-40℃纵向全尺寸夏比冲击功≥20J
延伸率：≥10％
硬度：360～440HBW
晶粒度：8.0。
下面结合实施例对本发明予以进一步描述：
表1为本发明各实施例的化学成分(wt％)及取值列表。
表1中各实施例均按以下步骤生产：
①配料冶炼、连铸
按表1所述化学成分进行配料。采用电炉或转炉+LF+VD进行冶炼。电炉或转炉出钢前要求P≤0.010％。然后进行LF+VD精炼。精炼后保证S≤0.005％、[N]≤0.0080％、[O]≤0.0020％。LF末期喂入适量Al线，然后喂入Fe-Ti线及Si-Ca线。VD真空处理前喂入B线或Fe-B线。
连铸时控制中间包内钢水过热度在30℃以下。连铸圆坯采用钢包长水口氩封保护，中间包密封浇注，结晶器侵入式水口加保护渣浇注的全保护浇注和低过热度浇注，有利于减少钢液吸气，减轻钢水的二次氧化，保证钢中硼含量的稳定。
②轧制
检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1260～1280℃，穿孔温度控制为1200～1230℃，终轧温度920～940℃，然后冷床冷却，锯切。直径大于457mm的无缝钢管采用拉拔热扩或斜轧旋扩工艺进行二次加热轧制。
③加工热处理
采用内喷外淋式或浸淬加轴向内喷射(直径大于457mm)工艺热处理，淬火后再回火的热处理工艺，淬火温度为900℃～930℃，淬火介质为水，回火温度200～250℃，采用空冷；最终产品性能测试结果如下表2：
表2本发明对应上述各实施例的机械性能
其中平均断口剪切比为95％，单个剪切面积最小90％，晶粒度为8.0～8.5级，Ceq≤0.52，Pcm≤0.33。图1和图2分别为实施例2和实施例4的钢管心部的金相显微组织，从图中金相照片明显看出该组织为回火马氏体和极少量贝氏体的组织，说明整体淬透性好，保证了钢管整体的硬度，从而保证钢管具有良好的耐磨性能。
本发明的低碳马氏体无缝管线钢的性能完全满足矿浆输送用耐磨钢管的要求，内中外硬度均匀，组织均匀，为均匀的马氏体加少量贝氏体组织。
根据本发明进行的实施实例，可以预计本发明在拥有炼钢、连铸、轧管和无缝钢管热处理等设备的情况下，生产操作较易进行，具有一定的推广应用的可能性。尤其近年来矿产价格上涨，尾矿输送越来越远，极大的促进了矿浆输送用耐磨管线的发展。由于矿浆对环境的严酷性要求，矿浆输送管对钢材的性能提出了高硬度(HBW≥360)和良好焊接性(Ceq≤0.7)等更严格的要求，在保证输送安全性的前提下，还要求更好的耐磨性和低温韧性性能。因此，本发明的具有组织均匀，性能良好，焊接性能良好，低温冲击良好的低碳马氏体矿浆输送用耐磨无缝钢管具有较大的应用前景。
Claims (1)
1.一种低碳马氏体矿浆输送耐磨无缝管线钢制造无缝管线管的方法，该方法包括以下步骤：
①炼钢
按以下重量配比制备低碳马氏体矿浆输送耐磨无缝管线钢：C:0.14～0.32％，Si：0.20～0.70％，Mn：0.40～1.60％，P≤0.015％，S≤0.010％，Mo：0.05～0.60％，Cr：0.20～1.40％，Ni：0.05～0.50％，Cu：0.05～0.50％，Al：0.015～0.050％，Ti：0.010～0.030％，B：0.0005～0.0030％，Ca：0.0003～0.01％，O≤0.0020％，N≤0.0080％，其余为铁，杂质元素微量；
采用电炉或转炉+LF+VD进行冶炼，电炉或转炉出钢前要求P≤0.010％，然后进行LF+VD精炼，精炼后保证S≤0.005％、[N]≤0.0080％、[O]≤0.0020％，LF末期喂入适量Al线，然后喂入Fe-Ti线及Si-Ca线，VD真空处理前喂入B线或Fe-B线；
②连铸
连铸时控制中间包内钢水过热度在30℃以下连铸圆坯，连铸圆坯采用钢包长水口氩封保护，中间包密封浇注，结晶器侵入式水口加保护渣浇注的全保护浇注和低过热度浇注，以减少钢液吸气及钢水的二次氧化，保证钢中B含量的稳定；
③轧制
连铸圆坯进行检验并根据不同钢管规格要求切割成定尺坯，检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1240～1280℃，穿孔温度控制为1200～1240℃，终轧温度850～950℃，然后冷床冷却，锯切无缝管线管钢管坯；
④加工热处理
对轧制的无缝管线管钢管坯采用内喷外淋或浸淬加轴向内喷工艺淬火，淬火后再回火的热处理工艺，淬火温度为910℃，淬火介质为水，回火温度200℃，采用空冷，制得无缝管线管；
所述无缝管线管的力学性能达到的指标如下：
屈服强度：≥800MPa
抗拉强度：≥1000MPa
屈强比：≤0.90
夏比V型冲击韧性：-40℃纵向全尺寸夏比冲击功≥20J
延伸率：≥10％
硬度：360～440HBW。
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